JP2002212938A

JP2002212938A - 現場せん断試験機

Info

Publication number: JP2002212938A
Application number: JP2001053147A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yamamoto; 哲朗山本; Motoyuki Suzuki; 素之鈴木; Masahiro Tomonori; 雅裕友則; Ichiaki Miura; 壱章三浦
Original assignee: HIROSOKU CONSULTANT KK; Yamaguchi University NUC
Current assignee: HIROSOKU CONSULTANT KK; Yamaguchi University NUC
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-07-31
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: JP3684376B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定精度に悪影響を及ぼす因子を減少し、簡
単、迅速に設置する。【解決手段】下部せん断箱３が案内支持枠部６に水平
方向に案内支持され、上部せん断箱４が下部せん断箱３
と接触しないように上下調節兼固定手段１４で間隙を空
けて案内支持枠部６に固定設置され、せん断力載荷手段
１７が下部せん断箱３と水平反力支持枠部７とを連結し
て設置され、垂直力載荷手段２９が縦枠部８にボルト結
合された垂直力載荷枠２７に設置されている。圧密過程
では、ロツキングボルト１６で下部せん断箱３と上部せ
ん断箱４とが密着状に固定され、供試体１の試料が各せ
ん断箱３，４間から漏れないようになつている。せん断
過程では、ロツキングボルト１６を取り外し、上部せん
断箱４を上下調節兼固定手段１４で所定量上昇させ、下
部せん断箱３間に間隙を設ける。せん断力載荷枠５は、
ボルト結合により矩形状に形成され、組立・分解可能な
構造になつている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、斜面表層土等のせ
ん断強度を測定するせん断試験機に関し、詳細には原地
盤に直立柱状に切り出し成形された供試体にせん断箱を
装着し、原位置の土粒子構造を保持した状態でせん断強
度を測定する現場せん断試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】集中豪雨、地震等による斜面崩壊、地滑
等を未然に防止するために、斜面表層土等のせん断強度
をせん断試験機で測定し、測定結果に基づいて斜面崩壊
の安定性を検討するとともに、対策工の設計で用いる強
度定数の妥当性を判断することが行なわれている。

【０００３】ところで、せん断試験機において、せん断
強度を精度良く測定するためには原位置の土粒子構造を
保持した状態で直接測定することが好ましく、原地盤に
直立柱状に切り出し成形された供試体にせん断箱を装着
してせん断強度を測定する現場せん断試験機が各種提案
されている。現場せん断試験機としては、供試体に１つ
のせん断箱を装着し、垂直力載荷手段により供試体の頭
部全面に所定の垂直力を付与した状態でせん断箱をせん
断力載荷手段で水平移動し、原地盤とせん断箱との間で
供試体をせん断する一面せん断形式のものが主流であつ
た。ところが、せん断中における水平反力を付与するた
めに、せん断力載荷手段を供試体の周囲に掘つた孔の壁
又は押え板で支持し、また垂直力載荷手段による垂直反
力を付与するために、垂直力載荷手段を鉄塊やコンクリ
ート等の錘によつてかけたり、パワーシヨベルで押え込
んだり、アースアンカーで地盤に固定する等が行なわれ
ていた。そのため、現場せん断試験機を設置するための
付属設備は大規模で広い場所が必要であり、設置作業に
多大の時間、労力、費用等を要する等の問題点があつ
た。

【０００４】そこで、例えば特開平８−２４７９１３号
公報に記載のように、せん断箱が供試体を通す開口部を
設けた基盤に案内部材で水平方向に案内支持され、せん
断力載荷手段が基盤に設けられた固定壁で支持され、垂
直力載荷手段が基盤に設けられた反力支持体で支持され
た一面せん断形式の現場せん断試験機が提案されてい
る。また、土と基礎、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．２の第２７
〜３１頁及び第２３回土質工学研究発表会（昭和６３年
６月）研究論文集第１７５５〜１７５６頁に記載のよう
に、せん断箱が下部せん断箱、中間せん断箱及び上部せ
ん断箱からなり、下部せん断箱と上部せん断箱とが上部
せん断箱が上下動自在にコ字型枠で連結され、中間せん
断箱がせん断力載荷手段に連結され、せん断力載荷手段
がコ字型枠に支持され、垂直力載荷手段がせん断箱を跨
いで設置された鋼製枠に設けられ、中間せん断箱を水平
移動することにより中間せん断箱と下部せん断箱及び上
部せん断箱との間でせん断する二面せん断形式の現場せ
ん断試験機が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
一面せん断形式の現場せん断試験機については、水平反
力及び垂直反力のいずれをも基盤により付与することに
なるため、基盤の寸法、重量等が大きくなり、設置作業
の空間、時間、労力、費用等を十分に減少することは難
しい。また、基盤とせん断箱とを一緒に供試体に装着す
るため、供試体を壊さぬように装着せねばならず、その
装着作業に多大の時間、労力等を要する。

【０００６】一方、前記従来の二面せん断形式の現場せ
ん断試験機については、鋼製枠が３段重ねのせん段箱を
跨いで設置され、鉄塊を載せて垂直反力を付与すること
から、鋼製枠の寸法、重量等が大きくなり、設置作業の
時間、労力等を十分に減少することは難しい。また、中
間せん断箱が案内支持されていないため水平なせん断面
が得難く、せん断中に供試体が膨張するときには上部せ
ん断箱が上動するため垂直応力に誤差を生じやすく、中
間せん断箱と下部せん断箱及び上部せん断箱とが接触し
ているため発生する摩擦力によりせん断応力に誤差を生
じやすい等により、測定精度が必ずしも良好とはいい難
い。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解消するた
めになされたもので、その課題は、測定精度に悪影響を
及ぼす因子を減少し、設置作業を簡単かつ迅速になし得
る現場せん断試験機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、原地盤に直立柱状に切り出し成形された
供試体に下部せん断箱及び上部せん断箱を装着し、垂直
力載荷手段により供試体の頭部全面に所定の垂直力を付
与した状態で下部せん断箱をせん断力載荷手段で水平に
移動し、供試体を下部せん断箱と原地盤及び上部せん断
箱との間でせん断し、供試体のせん断強度を直接測定す
る現場せん断試験機であつて、下部せん断箱が供試体の
周囲に水平に設置されたせん断力載荷枠に水平方向に案
内支持され、上部せん断箱が下部せん断箱と接触しない
ように間隙を空けてせん断力載荷枠に固定設置され、せ
ん断力載荷手段が下部せん断箱とせん断力載荷枠とを連
結して設置され、垂直力載荷手段がせん断力載荷枠に固
定された垂直力載荷枠に設置されていることを特徴とし
ている。

【０００９】せん断力載荷枠は、スクリユーアンカ又は
押圧板を有する溝付き杭で原地盤に固定保持するように
なつていることが好ましい。上部せん断箱は、ボルトと
ナツトとからなる上下調節兼固定手段によりせん断力載
荷枠に固定設置されていることが好ましい。また、せん
断力載荷枠は、下部せん断箱を水平に案内支持する前後
一対の案内支持枠部とせん断力載荷手段を支持する水平
反力支持枠部とを互いに平行に配置し、これらを左右一
対の縦枠部によりボルトで固定連結し、全体形状が矩形
状になつていることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図に基づいて
説明する。図において、１は供試体で、原地盤に直立柱
状に切り出して成形されている。２は現場せん断試験
機、３は下部せん断箱、４は上部せん断箱、５はせん断
力載荷枠である。せん断力載荷枠５は、下部せん断箱３
を水平に案内支持する前後一対の案内支持枠部６、後述
するせん断力載荷手段１７を支持する水平反力支持枠部
７とこれらを連結する左右一対の縦枠部８とからなり、
図２に示すように全体形状が矩形に組立てられている。
せん断力載荷枠５の組立は、図６の（ａ）に示すように
供試体１に下部せん断箱３を装着した後に、図６の
（ｂ）に示すように下部せん断箱３の前後に突出して設
けられた各一対の案内棒９に案内スリーブ１０が係合す
るように前後の案内支持枠部６を設置し、図６の（ｃ）
に示すように各案内支持枠部６に設けられたボルト１
１、上部ナツト１２及び下部ナツト１３とからなる上下
調節兼固定手段１４により上部せん断箱のＬ字状の取付
板１５を取付け、図６の（ｄ）に示すように下部ナツト
１３を緩めて上部せん断箱４を下部せん断箱３に接触す
るように下げ、ロツキングボルト１６で下部せん断箱３
と上部せん断箱４とを締め付け固定し、上部ナツト１２
を下げ下部ナツト１３を上げて取付板１５を固定する。
しかる後、せん断力載荷手段１７の前端が後方の案内支
持枠部６を貫通して下部せん断箱３に係合するように水
平反力支持枠部７を設置し、左右一対の縦枠部８を各枠
部６，７にボルト１８で固定し、矩形に組立てる。な
お、上部せん断箱４の高さは、下部せん断箱３よりも低
く、例えば下部せん断箱３の４０パーセント程度に設定
されている。上部せん断箱４は、Ｌ字状の取付板１５の
垂直部にボルト１９とナツト２０により固定され、下部
せん断箱３と合致するように調節可能になつている。

【００１１】せん断力載荷手段１７は、せん断力を発生
させるスクリユージヤツキ２１と下部せん断箱３に係合
しせん断力を伝達する押圧部２２との間にせん断力測定
用力計２３が設けられてなり、ハンドル２４でスクリユ
ージヤツキ２１を作動させることにより下部せん断箱３
に付与されるせん断力をせん断力測定用力計２３で計測
するようになつている。２５は、下部せん断箱３の水平
変位を示す水平変位触子で、図２に示すように水平変位
計２６が水平変位触子２５に当接するようにせん断力載
荷枠の縦枠部８に取付けられている。

【００１２】２７は垂直力載荷枠で、溝型材で下向きに
コ字状に一体に形成され、せん断力載荷枠５を組立てた
後に図３に示すように上部せん断箱４を跨ぎ各下端部を
せん断力載荷枠の縦枠部８にボルト２８で固定して設置
されている。２９は垂直力載荷手段で、油圧ジヤツキの
油圧作動部３０と供試体１の頭部全面に当接し垂直力を
伝達する加圧板３１との間に垂直力測定用力計３２が設
けられてなり、油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）
を作動させることにより供試体１に付与される垂直力を
垂直力測定用力計３２で計測するようになつている。そ
して、垂直力載荷手段２９は加圧板３１が上部せん断箱
４の直上で供試体１の頭部全面と合致するように垂直力
載荷枠２７に取付けられている。加圧板３１には複数の
排水孔（図示せず）が上下貫通状に設けられ、加圧時に
供試体１から出る水分を排出するようになつている。３
３は、供試体１の垂直変位を示す垂直変位触子で、図１
及び図３に示すように垂直力変位計３４が垂直変位触子
３３に当接するように垂直力載荷枠２７に取付けられて
いる。

【００１３】３５は、せん断力載荷枠５を地盤に固定す
るスクリユーアンカーで、垂直力載荷枠２７をせん断力
載荷枠５に取付けた後にせん断力載荷枠の縦枠部８の両
端に設けられた筒状の固定部３５に挿入し、レンチで回
転して地盤にねじ込み、図１に示すように所定量ねじ込
んだ後にフランジ状のストツパー３７を装着し、スクリ
ユーアンカー３５の上部側に刻設されたねじ（図示せ
ず）にアンカー用ナツト３８をねじ込み、ストツパー３
７の上面に当接させて締め付けることにより設置され
る。スクリユーアンカー３５は、地盤に強固に保持さ
れ、垂直反力を十分に付与することができる。なお、図
８に示すように頭部に押圧板４０を有する溝付杭３９で
あつてもよい。この溝付杭３９は、スクリユーアンカー
３５の貫入が困難な場合に使用し、押圧板４０でせん断
力載荷枠の縦枠部８を押圧保持するように地盤に打ち込
んで設置される。

【００１４】本発明の実施形態は、上記のように構成さ
れており、その作用を試験方法とともに説明する。供試
体１を切り出し、現場せん断試験機２を設置する箇所が
水平になるように豊浦標準砂を敷き、前記したように図
６に示す過程で上部せん断箱４を設置して下部せん断箱
３と上部せん断箱４とをロツキングボルト１６で固定し
た後、上部せん断箱４からはみ出ている箇所をへらで取
り除き、隙間に削りかすを入れ、はけで仕上げる。次
に、前記したようにせん断力載荷手段１７の設置、せん
断力載荷枠５の組立、垂直力載荷枠２７の取付、スクリ
ユーアンカー３５によるせん断力載荷枠５の固定を順次
行い、油圧ジヤツキの油圧発生部と油圧作動部３０とを
連結し、水平変位計２６及び垂直変位計３４を前記のよ
うに取付ける。以上により準備過程が終了し、圧密過程
を行う。

【００１５】圧密過程においては、下部せん断箱３と上
部せん断箱４とは図１〜４に示すようにロツキングボル
ト１６で締め付けて固定され、供試体１の試料が下部せ
ん断箱３と上部せん断箱４との間から漏れないようにな
つている。供試体１の加圧面にろ紙（図示せず）を載
せ、油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）を静かに手
動で作動するとともに、垂直力測定用力計３２を人力で
上方に支えながらゆつくりと下ろし、垂直力測定用力計
３２の目盛が僅かに動き始める位置で一旦止め、垂直力
測定用力計３２の目盛をゼロに設定する。次に、所定の
拘束圧を載荷して圧密時間を設定し、垂直変位計３４の
初期値を読み、その後垂直変位計３４を１００分の１ｍ
ｍ単位で読み記録する。なお、圧密時間中は、常に拘束
圧が定圧状態になるように油圧ジヤツキの油圧発生部
（図示せず）を調整する。

【００１６】圧密過程が終了した後、せん断過程を行
う。下部せん断箱３と上部せん断箱４とは、圧密過程終
了時には図４に示すようにロツキングボルト１６で締め
付け固定された状態であるが、せん断過程においては下
部せん断箱３が上部せん断箱４と接触して摩擦力を生じ
ないように、図５に示すように間隙を空ける。先ず、上
下調節兼固定手段の上部ナツト１２を緩め、ロツキング
ボルト１６の頭頂面と上部せん断箱４の上面との距離が
ロツキングボルト１６の頭の厚さと間隙寸法との和にな
るようにノギスで測定しながらロツキングボルト１６を
緩める。次に、上下調節兼固定手段の下部ナツト１３を
上昇し、上部せん断箱４の上面をロツキングボルト１６
の頭の下面に当接させ、上下調節兼固定手段の上部ナツ
ト１２を締め付けて上部せん断箱４を固定する。前記間
隙の調整を終了した後、ロツキングボルト１６を抜き取
り、せん断力載荷手段１７を作動してせん断を開始す
る。ハンドル２４をゆつくり回してスクリユージヤツキ
２１を前進作動させ、せん断力測定用力計２３と水平変
位計２６の目盛が僅かに動き始める位置で一旦止め、せ
ん断力測定用力計２３と水平変位計２６をゼロに設定す
る。そして、垂直力載荷手段２９により供試体１に所定
の拘束圧をかけた後に垂直変位計３４の初期値を読み、
所定のせん断速度でせん断を開始し、せん断変位に応じ
たせん断力及び垂直変位を順次記録し、せん断の打ち切
り変位に到達した時にスクリユージヤツキ２１を停止す
る。その際、供試体１は、例えば図７に示すように、下
部せん断箱３と地盤及び上部せん断箱４との間の二面で
せん断される。各せん断面は、下部せん断箱３が案内支
持枠部６で案内され水平に移動し、上部せん断箱４が案
内支持枠部６に固定され上下動しないため、ほぼ規定の
水平面になる。また、上部せん断箱４が下部せん断箱４
と間隙を明けて固定設置されているため、下部せん断箱
３と上部せん断箱４とで摩擦力が生ぜず、せん断力載荷
手段１７によるせん断力が正確に伝達され、水平変位も
正確に現れる。圧密過程及びせん断過程においては、垂
直力載荷手段２９により供試体１に垂直力が付与されて
いるが、垂直力載荷枠２７がせん断力載荷枠５に一体に
固定され、せん断力載荷枠５がスクリユーアンカー３５
で地盤に固定され、スクリユーアンカー３５がアンカー
用ナツト３８で引き上げ方向に締め付け固定されている
ため、スクリユーアンカー３５により十分な垂直反力が
付与され、供試体１に適切に垂直力を作用させることが
できる。なお、拘束圧は、せん断中一定になるように油
圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）により調整する。

【００１７】せん断過程を終了した後、現場せん断試験
機２を解体する。解体作業の手順は次の通りである。せ
ん断力載荷手段１７のハンドル２４を回しスクリユージ
ヤツキ２１を後退作動させ、元に戻す。垂直力載荷手段
２９の油圧ジヤツキの油圧発生部（図示せず）のエアコ
ツクを緩め、垂直力測定用力計３２を引き上げて元の位
置に戻し、エアコツクを締める。垂直変位計３４と水平
変位計２６を取り外し、スクリユーアンカー３５をアン
カー用ナツト３８及びストツパー３７を装着したまま逆
回しして抜いて固定部３６から取り外す。油圧ジヤツキ
の油圧発生部（図示せず）と油圧作動部３０との連結を
解く。次に、垂直力載荷枠２７をせん断力載荷枠５から
取り外し、せん断力載荷枠５を解体する。縦枠部８と案
内支持枠部６及び水平反力支持枠部７とのボルト１８を
抜き、縦枠部８を取り外す。そして、水平反力支持枠部
７をせん断力載荷手段１７と一体に下部せん断箱３から
取り除く。上下調節兼固定手段１４の上部ナツト１２を
取り外し、上部せん断箱４を取り除き、上部せん断箱４
内の試料を持ち帰る。案内支持枠部６を下部せん断箱３
から取り外すことにより、下部せん断箱３のみが残り、
解体が終了する。下部せん断箱３内の試料も持ち帰る。
以上のように、せん断力載荷枠５、垂直力載荷枠２７、
上部せん断箱４及び下部せん断箱３がボルト結合により
組立られているため、簡単かつ迅速に解体し得る。そし
て、解体されることにより、嵩が小さく、しかも軽量な
単位にまとめて運搬、収納し得る。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、下部せん断箱を水平移
動して上部せん断箱との間において地盤を二面せん断す
るようになつているため、地盤に水平に設置したせん断
力載荷枠にせん断力載荷手段を支持させることにより、
水平反力を十分に付与することができ、従来よりもはる
かに小型化、簡素化し、設置作業性に優れた現場せん断
試験機を得ることが可能になつた。

【００１９】下部せん断箱がせん断力載荷枠に水平移動
するように案内支持され、上部せん断箱がせん断力載荷
枠に固定設置されていることから、供試体をほぼ水平面
でせん断し得る。下部せん断箱と上部せん断箱間に間隙
が設けられていることから、両者の摩擦力の影響を受け
ることなく、せん断し得る。従って、従来よりもはるか
に測定結果に悪影響を与える因子を除去することが可能
になつた。

【００２０】せん断力載荷枠をスクリユーアンカーで固
定するものについては、スクリユーアンカーを地盤に貫
入した後、アンカー用ナツトで引き上げ方向に締め付け
ることにより、スクリユーアンカーが地盤に強固に固定
保持される。これにより、垂直反力を十分に付与するこ
とができ、従来よりも小型の手段により供試体に垂直力
を正確に付与し、良好な測定精度を得ることが可能にな
つた。

【００２１】せん断力載荷枠が案内支持枠部、水平反力
支持枠部及び縦枠部とをボルト結合により組立てるよう
になつたものについては、運搬、収納は勿論のこと設置
・解体作業を簡便かつ迅速に行うことが可能になつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の概念的説明図で、現場せん
断試験機を設置した状態における縦断面図である。

【図２】本発明の実施形態の概念的説明図で、図１に対
応した平面図である。

【図３】本発明の実施形態の概念的説明図で、図２のＸ
−Ｘ線に沿う断面図である。

【図４】図１における下部せん断箱と上部せん断箱との
関係を示す拡大図である。

【図５】本発明の実施形態の概念的説明図で、せん断過
程開始直前における下部せん断箱と上部せん断箱との関
係を示す拡大図である。

【図６】本発明の実施形態の概念的説明図で、現場せん
断試験機を供試体に装着して設置する過程における上部
せん断箱を設置するまでの過程を示す。（ａ）は下部せ
ん断箱を供試体に装着した状態、（ｂ）は案内支持枠部
を設置した状態、（ｃ）は上部せん断箱を下部せん断箱
の上方に設置した状態、（ｄ）は上部せん断箱を下部せ
ん断箱にロツキングボルトで締め付け固定した状態を示
す。

【図７】本発明の実施形態の概念的説明図で、せん断終
了時における下部せん断箱、上部せん断箱及び供試体の
関係の１例を示す断面図である。

【図８】本発明の実施形態における要部の変形例の概念
的説明図である。

【符号の説明】

１供試体２現場せん断
試験機３下部せん断箱４上部せん断
箱５せん断力載荷枠６案内支持枠
部７水平反力支持枠部８縦枠部９下部せん断箱の案内棒１０案内スリ
ーブ１４上下調節兼固定手段１５取付板１６ロツキングボルト１７せん断力
載荷手段２９垂直力載荷手段３１加圧板３５スクリユーアンカー３６固定部３７ストツパー３８アンカー
用ナツト３９溝付杭４０押圧板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者友則雅裕広島県東広島市西条町大字西条東809番地の１株式会社広測コンサルタント内 (72)発明者三浦壱章広島市東広島市西条町大字西条東809番地の１株式会社広測コンサルタントＦターム(参考） 2D043 AB00 AC01 BA10 2G061 AA11 AB01 BA05 CA06 CB03 CC01 DA01 DA10 DA16 EA01 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原地盤に直立柱状に切り出し成形された
供試体（１）に下部せん断箱（３）及び上部せん断箱
（４）を装着し、垂直力載荷手段（２９）により供試体
（１）の頭部全面に所定の垂直力を付与した状態で下部
せん断箱（３）をせん断力載荷手段（１７）で水平に移
動し、供試体（１）を下部せん断箱（３）と原地盤及び
上部せん断箱（４）との間でせん断し、供試体（１）の
せん断強度を直接測定する現場せん断試験機（２）であ
つて、下部せん断箱（３）が供試体（１）の周囲に水平
に設置されたせん断力載荷枠（５）に水平方向に案内支
持され、上部せん断箱（４）が下部せん断箱（３）と接
触しないように間隙を空けてせん断力載荷枠（５）に固
定設置され、せん断力載荷手段（１７）が下部せん断箱
（３）とせん断力載荷枠（５）とを連結して設置され、
垂直力載荷手段（２９）がせん断力載荷枠（５）に固定
された垂直力載荷枠（２７）に設置されていることを特
徴とする現場せん断試験機。
【請求項２】せん断力載荷枠（５）は、スクリユーア
ンカー（３５）で原地盤に固定保持されている請求項１
記載の現場せん断試験機。
【請求項３】せん断力載荷枠（５）は、頭部に押圧板
（４０）を有する溝付杭（３９）で原地盤に固定保持さ
れている請求項１記載の現場せん断試験機。
【請求項４】上部せん断箱（４）は、ボルト（１１）
とナツト（１２，１３）とからなる上下調節兼固定手段
（１４）によりせん断力載荷枠（５）に固定設置されて
いる請求項１、２又は３記載の現場せん断試験機。
【請求項５】せん断力載荷枠（５）は、下部せん断箱
（３）を水平に案内支持する前後一対の案内支持枠部
（６）とせん断力載荷手段（１７）を支持する水平反力
支持枠部（７）とを互いに平行に配置し、これら（６，
７）を左右一対の縦枠部（８）によりボルト（１８）で
固定連結し、全体形状が矩形状になつている請求項１〜
４のいずれか１項記載の現場せん断試験機。